永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)及采用此控制系統(tǒng)的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)的永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)，包括MTPA和弱磁算法模塊、PARK變換和CLARK變換模塊、電流PI控制部件、IPARK變換和ICLARK變換模塊、三相靜止坐標(biāo)系SVPWM過(guò)調(diào)制模塊以及逆變器。本發(fā)明還提供一種采用上述控制系統(tǒng)控制永磁同步電機(jī)的方法，本發(fā)明控制方法從一個(gè)新角度看待SVPWM的過(guò)調(diào)制問(wèn)題，取消了扇區(qū)的概念并統(tǒng)一了SVPWM線性調(diào)制和過(guò)調(diào)制算法，避免了常規(guī)算法中控制角和保持角的計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)從線性調(diào)制到六階梯模式的連續(xù)平滑調(diào)制，不僅簡(jiǎn)化了算法而且還提高了控制精度，從而減小了電壓電流諧波含量，減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
【專利說(shuō)明】
永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)及采用此控制系統(tǒng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)及采用此 控制系統(tǒng)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大多采用永磁同步電機(jī)，而內(nèi)置式永磁同步電機(jī)優(yōu)良 的外特性廣泛應(yīng)用于純電動(dòng)汽車。由于永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速受直流母線電壓的限制，而純電 動(dòng)汽車直流母線電壓受電池制約，因此，提高直流母線電壓利用率對(duì)純電動(dòng)汽車控制器具 有重要意義。
[0003] 過(guò)調(diào)制技術(shù)是提高直流母線電壓利用率最常用的方法?，F(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于過(guò)調(diào)制的 策略大略可分為兩類：
[0004] 1、經(jīng)典的空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM)過(guò)調(diào)制連續(xù)控制方法，該法根據(jù)調(diào)制系數(shù)的 不同，將過(guò)調(diào)制區(qū)分為i、n兩個(gè)階段;過(guò)調(diào)制I區(qū)僅僅改變矢量的幅值，而過(guò)調(diào)制n區(qū)要同 時(shí)改變矢量的幅值和相角，W保證逆變器輸出電壓的連續(xù)性。如申請(qǐng)?zhí)枮?01310516830.5 的發(fā)明專利，具體公開了一種雙模式SVPWM過(guò)調(diào)制方法，包括:根據(jù)調(diào)制系數(shù)將調(diào)制區(qū)域劃 分為線性調(diào)制區(qū)、過(guò)調(diào)制1區(qū)和過(guò)調(diào)制2區(qū)，其中0<MI<0.9069為線性調(diào)制區(qū)，0.9069<MI 《0.9517為過(guò)調(diào)制1區(qū)，0.9517<MI《1為過(guò)調(diào)制2區(qū)，MI為調(diào)制系數(shù);在線性調(diào)制區(qū)采用傳 統(tǒng)的SVPWM調(diào)制方法;在過(guò)調(diào)制1區(qū)采用參考角度來(lái)控制實(shí)際輸出電壓矢量的補(bǔ)償;在過(guò)調(diào) 審IJ2區(qū)采用實(shí)際輸出電壓矢量在相角為保持角度處跳變，通過(guò)跳變來(lái)跟隨期望輸出電壓矢 量的方式來(lái)控制輸出電壓矢量的軌跡。
[0005] 此種雙模式控制算法需要傅里葉級(jí)數(shù)計(jì)算不同調(diào)制度下參考角和保持角，但在線 計(jì)算量大，如果采用離線查表的又降低了控制精度。
[0006] 2、將兩個(gè)階段的過(guò)調(diào)制合成為單模式策略，控制算法精度不高。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)中運(yùn)兩種算法基本思路都是針對(duì)經(jīng)典SVPWM實(shí)施步驟，均需要補(bǔ)充額外 的過(guò)調(diào)制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，然而永磁同步電機(jī)控制器計(jì)算能W有限，而且對(duì)實(shí)時(shí)性和控制精度 要求很高，因此，現(xiàn)有技術(shù)有待改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)的永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)，包括MTPA和弱磁 算法模塊、PA服變換和化A服變換模塊、電流PI控制部件、IPA服變換和ICLA服變換模塊、S 相靜止坐標(biāo)系SVPWM過(guò)調(diào)制模塊W及逆變器；
[0009] 所述電流PI控制部件包括直軸電流PI控制器W及交軸電流PI控制器；
[0010] 所述MTPA和弱磁算法模塊同時(shí)與所述直軸電流PI控制器和所述交軸電流PI控制 器連接；
[0011] 所述直軸電流PI控制器和所述交軸電流PI控制器均與所述IPA服變換和I化A服變 換模塊連接；
[0012] 所述S相靜止坐標(biāo)系過(guò)調(diào)制SVPmi模塊分別與所述IPA服變換和ICLARK變換模塊 和所述逆變器連接；
[0013] 所述逆變器與永磁同步電機(jī)連接；
[0014] 所述PA服變換和CLA服變換模塊同時(shí)與直軸電流PI控制器、交軸電流PI控制器W 及永磁同步電機(jī)立者連接。
[0015] 本發(fā)明還提供一種上述控制系統(tǒng)的控制方法，具體是包括W下步驟：
[0016] 第一步、MTPA和弱磁算法模塊根據(jù)轉(zhuǎn)矩給定值計(jì)算得到直軸電流給定值和交軸電 流給定值輸出給電流PI控制部件；
[0017] PA服變換和CLA服變換模塊將永磁同步電機(jī)實(shí)際的A相電流和B相電流從S相靜止 坐標(biāo)系變換到與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系，得到直軸電流實(shí)際值和交軸電流實(shí)際值輸出 給電流PI控制部件；
[0018] 第二步、電流PI控制部件中的直軸電流PI控制器根據(jù)給直軸電流給定值和直軸電 流實(shí)際值的偏差做PI運(yùn)算得到直軸參考電壓輸出給所述IPA服變換和ICLA服變換模塊；電 流PI控制部件中的交軸電流PI控制器根據(jù)給交軸電流給定值和交軸電流實(shí)際值的偏差做 PI運(yùn)算得到交軸參考電壓輸出給所述IPARK變換和ICLARK變換模塊；
[0019] 第S步、IPARK變換和ICLA服變換模塊將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系內(nèi)的直軸參考電壓和交軸參 考電壓變換到=相靜止坐標(biāo)系內(nèi)，得到A相參考電壓、B相參考電壓和C相參考電壓輸出給= 相靜止坐標(biāo)系過(guò)調(diào)制SVPWM模塊；
[0020] 第四步、S相靜止坐標(biāo)系過(guò)調(diào)制SVPWM模塊根據(jù)S相靜止坐標(biāo)系內(nèi)的A相參考電 壓、B相參考電壓和C相參考電壓計(jì)算得到驅(qū)動(dòng)=相橋臂的PWM波；
[0021] 第五步:驅(qū)動(dòng)=相橋臂的PWM波驅(qū)動(dòng)逆變器產(chǎn)生=相電流控制永磁同步電機(jī)。
[0022] W上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述第四步中S相靜止坐標(biāo)系過(guò)調(diào)制SVPmi模塊根據(jù)S 相靜止坐標(biāo)系內(nèi)的A相參考電壓、B相參考電壓和C相參考電壓計(jì)算得到驅(qū)動(dòng)=相橋臂的PWM 波的具體過(guò)程是：
[0023] 步驟EU獲得表達(dá)式4)和表達(dá)式5)，得到Ta和Tb的值：
[0024] 4);
[00劇 5)；
[0026] 其中，Ts為S相靜止坐標(biāo)下電壓矢量Uref的作用時(shí)間；目為S相靜止坐標(biāo)下電壓矢 量Uref與電壓矢量Ua之間的夾角;Udc為母線電壓；
[0027] 步驟E2、根據(jù)表達(dá)式4)和表達(dá)式5似及令Ta=Ta-T。和Tb = Tb-T。，得到表達(dá)式6)，將 步驟El中得到的Ta和Tb的值代入表達(dá)式6)獲得Ta、Tb、Tc的值：
[00巧]其中，Ta、化、Tc刃并打巧《的作用時(shí)間，甘王吞均位t〇-Ts之間；[0030] 步驟E3、將步驟E2所得Ta、Tb、Tc的值代入表達(dá)式16)，求出T ' a，T ' b，T ' C的值：
[002引 6)；
[0031]
16)；
[0032] 其中：T'aJ'bJ'。為S相橋臂的作用時(shí)間；
[003；3 ]步驟E4、根據(jù)步驟E3獲得的T ' a，T ' b，T ' C的值輸出驅(qū)動(dòng)；相橋臂的PWM波。
[0034] W上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述步驟El中獲取表達(dá)式4)和表達(dá)式5)的具體步驟是：
[00巧]電壓矢量Uref在S相靜止坐標(biāo)下分解成S相電壓矢量Ua、化、Uc, S者之間相互形成 120°的夾角；
[0036] 根據(jù)伏秒平衡原則得到表達(dá)式1):
[0037] TsUref = TaUa+T扣b+TcUc 1 );
[003引其中，Ts為調(diào)制周期，Ta、Tb、Tc為并行時(shí)間；
[0039] 根據(jù)電機(jī)S相電壓存在的關(guān)系化= -Ua-UbW及表達(dá)式1)獲得表達(dá)式2):
[0040] TsUref =( Ta-Tc ) Ua+ ( Tb-Tc )化 2 );
[0041 ] 定義Ta=Ta-Tc W及Tb = Tb-Tc，表達(dá)式2)變?yōu)楸磉_(dá)式3):
[0042] TsUref = TAUa+TBUb 3);
[0043] 由于Uref的作用時(shí)間為Ts，則可得到表達(dá)式4)和表達(dá)式5):
[0044] 4);
[0045] ,.
[0046] 其中，Ts為S相靜止坐標(biāo)下電壓矢量Uref的作用時(shí)間；目為S相靜止坐標(biāo)下電壓矢 量Uref與電壓矢量化之間的夾角;Udc為直流母線電壓。
[0047] W上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述步驟E2獲得表達(dá)式6)的具體方法是：采用5段式 SVPWM，有 min(Ta，Tb，Tc)=0;
[004引根據(jù) Ta=L-Tc 和 TB = Tb-Tc,則有：
[0049] 6) 6
[0050] W上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述步驟E3中獲得表達(dá)式16)的方法是：
[0化1 ] 針對(duì)第一扇區(qū)：采用最小誤差過(guò)調(diào)制原理，得到:護(hù)ref = TsUa巧化、3 = TsJ/ C = OW及表達(dá)式7):
[0化2]化 ref-U'ref)Ub = 0 7);
[0化6]
[OOM ]設(shè)TsU ' ref = T ' aUa+T ' bUb+T ' cUc，可得表達(dá)式8 ):[0054] [ (Ta-Ts)Ua+ (Tb-Tb')Ub]Ub = O (8)[0055] 將表達(dá)8)展開后得表達(dá)式9):
9);
[0057] 定義Tmax = max (Ta，Tb，Tc )，Tmid = mi d (Ta，Tb，Tc )，獲得過(guò)調(diào)制區(qū)求解模型的表達(dá)式
15)：
[0化8; 15);
[0059] 統(tǒng)一S相靜止坐標(biāo)系下線性調(diào)制區(qū)和過(guò)調(diào)制區(qū)求解模型，即得表達(dá)式16):
[0060] Ib),
[0061 ]本發(fā)明的技術(shù)方案對(duì)SVPmi本質(zhì)分析，從一個(gè)新角度看待SVPmi的過(guò)調(diào)制問(wèn)題，取 消了扇區(qū)的概念并統(tǒng)一了 SVPWM線性調(diào)制和過(guò)調(diào)制算法，避免了常規(guī)算法中控制角和保持 角的計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)從線性調(diào)制到六階梯模式的連續(xù)平滑調(diào)制，不僅簡(jiǎn)化了算法而且提高了 控制精度，從而減小了電壓電流諧波含量，減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
[0062] 除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。 下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0063] 構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí) 施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0064] 圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例1的永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0065] 圖2是圖1中電流PI控制部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0066] 圖3是S相靜止坐標(biāo)下電壓矢量Uref的合成關(guān)系圖；
[0067] 圖4是現(xiàn)有技術(shù)S個(gè)作用時(shí)間的關(guān)系圖；
[006引圖5是本實(shí)施例1作用時(shí)間Ta、Tb、Tc的關(guān)系圖；
[0069] 圖6是本實(shí)施例1第一扇區(qū)的最小誤差過(guò)調(diào)制原理示意圖；
[0070] 圖7是本實(shí)施例1在過(guò)調(diào)制一區(qū)合成電壓矢量軌跡圖；
[0071 ]圖8是本實(shí)施例1在過(guò)調(diào)制二區(qū)合成電壓矢量軌跡圖；
[0072] 其中，1、MTPA和弱磁算法模塊，2、PA服變換和化A服變換模塊，3、電流PI控制部件， 31、直軸電流PI控制器，32、交軸電流PI控制器，4、IPA服變換和I化A服變換模塊，5、S相靜 止坐標(biāo)系過(guò)調(diào)制SVPWM模塊，6、逆變器，7、永磁同步電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0073] W下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可W根據(jù)權(quán)利要求限 定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
[0074] 實(shí)施例1:
[0075] 參見圖1W及圖2，一種永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)，包括MTPA(最大轉(zhuǎn)矩電流比）和 弱磁算法模塊1、PA服變換和化A服變換模塊2、電流PI控制部件3、IPA服變換和ICLA服變換 模塊4、=相靜止坐標(biāo)系SVPWM過(guò)調(diào)制模塊5 W及逆變器6。
[0076] 所述電流PI控制部件3包括直軸電流PI控制器31W及交軸電流PI控制器32。
[0077] 所述MTPA和弱磁算法模塊1同時(shí)與所述直軸電流PI控制器31和所述交軸電流PI控 制器32連接。
[007引所述直軸電流PI控制器31和所述交軸電流PI控制器32均與所述IPARK變換和 ICLARK變換模塊4連接。
[0079 ]所述=相靜止坐標(biāo)系過(guò)調(diào)制SVPWM模塊5分別與所述IPAI^K變換和I CLAm(變換模塊 4和所述逆變器6連接。
[0080] 所述逆變器6與永磁同步電機(jī)7連接。
[0081 ]所述PA服變換和化A服變換模塊2同時(shí)與直軸電流PI控制器31、交軸電流PI控制器 32 W及永磁同步電機(jī)7 =者連接。
[0082] 采用上述永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制的方法具體是:包括W下步驟：
[0083] 第一步、MTPA和弱磁算法模塊1根據(jù)轉(zhuǎn)矩給定值Teref計(jì)算得到直軸電流給定值 i化ef和交軸電流給定值iqref輸出給電流PI控制部件3,具體方式可參照現(xiàn)有技術(shù)。
[0084] PA服變換和CLA服變換模塊2將永磁同步電機(jī)的實(shí)際A相電流IA和B相電流IB從S 相靜止坐標(biāo)系變換到與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系，得到直軸電流實(shí)際值I化eal和交軸電 流實(shí)際值Iqreal輸出給電流PI控制部件3,具體方式可參照現(xiàn)有技術(shù)。
[0085] 第二步、電流PI控制部件3中的直軸電流PI控制器31根據(jù)給直軸電流給定值Wref 和直軸電流實(shí)際值I化eal的偏差做PI運(yùn)算得到直軸參考電壓IKlref輸出給所述IPA服變換 和ICLARK變換模塊4;電流PI控制部件3中的交軸電流PI控制器32根據(jù)給交軸電流給定值 iqref和交軸電流實(shí)際值Iqreal的偏差做PI運(yùn)算得到交軸參考電壓uqref輸出給所述IPA服 變換和ICLARK變換模塊4;具體方式可參照現(xiàn)有技術(shù)。
[0086] 第S步、IPA服變換和ICLA服變換模塊將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系內(nèi)的直軸參考電壓IKlref和交 軸參考電壓叫ref變換到S相靜止坐標(biāo)系內(nèi)，得到A相參考電壓uaref、B相參考電壓ubref和 C相參考電壓ucref輸出給=相靜止坐標(biāo)系過(guò)調(diào)制SVPWM模塊5，詳見圖3，具體是：
[0087] 二相電壓矢量Ua、化、Uc互差120°夾角，目為二相靜止坐標(biāo)下電壓矢量Uref與電壓矢 量Ua之間的夾角，Ts為調(diào)制周期，Ta、Tb、Tc為并行時(shí)間。
[008引第四步、S相靜止坐標(biāo)系過(guò)調(diào)制SVP歷模塊5根據(jù)S相靜止坐標(biāo)系內(nèi)的A相參考電 壓uaref、B相參考電壓Ubref和C相參考電壓ucref計(jì)算得到驅(qū)動(dòng)S相橋臂的PWM波PWM，詳情 如下：
[0089] 步驟El、獲得表達(dá)式4)和表達(dá)式5)，得到Ta和Tb的值，詳情如下：
[0090] 根據(jù)伏秒平衡原則得到表達(dá)式1):
[0091] TsUref = TaUa+T扣b+TcUc 1 );
[OOW]其中，Ts為調(diào)制周期，Ta、Tb、Tc為并行時(shí)間，現(xiàn)有技術(shù)中作用時(shí)間To、Ti、T2為一種串 行時(shí)間關(guān)系，詳見圖4和圖5;
[0093] 根據(jù)電機(jī)S相電壓存在的關(guān)系化= -Ua-UbW及表達(dá)式1)獲得表達(dá)式2):
[0094] TsUref= (Ta-Tc) Ua+(Tb-Tc) Ub 2);
[0095] 定義TA=Ta-TcW及TB = Tb-Tc,表達(dá)式2)變成表達(dá)式3):
[0096] TsUref = TaU3+Tb 化 3);
[0097] 由于Uref的作用時(shí)間（即調(diào)制周期)為Ts,則可得到表達(dá)式4)和表達(dá)式5):
[009引 4):;
[0099]
[0100] 步驟E2、根據(jù)表達(dá)式4)和表達(dá)式5似及令Ta=Ta-Tc和Tb = Tb-Tc，得到表達(dá)式6 )，將 步驟El中得到的Ta和Tb的值代入表達(dá)式6)獲得Ta、Tb、Tc的值，詳情是：
[0101] 本實(shí)施例采用5段式SVPWM，則Ta、Tb、Tc中必有一個(gè)為零，又因 Ta、Tb、Tc都為正，則立 者中最小一個(gè)必為零，即滿足min(Ta，Tb，Tc)= 0。結(jié)合Ta= Ta-Tc和Tb = Tb-Tc，則有表達(dá)式6):
[0側(cè)
6);
[0103] 通過(guò)表達(dá)式6)可得到Ta、Tb、Tc的值。
[0104] 步驟E3、利用E2獲得的Ta、Tb、Tc的值，得到T'a，T'b，T'c的值，詳情如下：
[0105] 當(dāng)電壓矢量Uref處于線性調(diào)制區(qū)時(shí)滿足111曰義化，孔，1'。）《13，當(dāng)&6:處于過(guò)調(diào)制區(qū)時(shí) max(Ta,Tb,Tc)>Ts。
[0106] 現(xiàn)W最小誤差為原則處理過(guò)調(diào)制，實(shí)際合成電壓矢量U'ref應(yīng)滿足A U = Uref-ITref 最小。在線性調(diào)制區(qū)A U = O,在過(guò)調(diào)制區(qū)時(shí)需求取模型，W第一扇區(qū)為例，最小誤差過(guò)調(diào)制 原理示意圖如圖6所示：
[0107] 由圖6可得：出現(xiàn)過(guò)調(diào)制時(shí)參考電壓Uref超過(guò)S角形OAB的邊AB，作Uref到AB邊的垂 線交于點(diǎn)C，可W看出誤差I(lǐng) A U = Uref-IT ref I最小。雖然實(shí)際合成電壓矢量U'ref與參考電壓 Uref相角存在一定偏差，但誤差幅值已達(dá)到最小U'ref。
[010引現(xiàn)假設(shè) T S U ' r e f = T ' a U a + T ' b U b + T ' C U C，因?yàn)?U ' r e f 位于邊 A B 上，
，因此有T'a = Ts，T'c = 0。因?yàn)镸垂直于化，所W它 們的點(diǎn)積為零，如表達(dá)式7):
[0109] 化 ref-U'ref)Ub = 0 7);
[0110] 將表達(dá)式7 )帶入TsU ' ref = T ' aUa+T '扣b+T ' cUc可得表達(dá)式8 ):
[0111] [ (Ta-Ts )Ua+( Tb-T'b)Ub JUb = O 8)；
[0112] 將表達(dá)式8)展開后可得表達(dá)式9):
[0…]
9)。
[0114] 按照上述推導(dǎo)原理可W推導(dǎo)出其他扇區(qū)S相橋臂作用時(shí)間T'a，T'b，T'。，如下：
[0115] 第二扇區(qū)的作用時(shí)間如表達(dá)式10):
[012 引現(xiàn)定義 1"3、= 111曰義化，1'6，1'。），1?1<1 = 1111(1化，1'6，1'。），六個(gè)扇區(qū)的1''3，門，1''。，均滿足 表達(dá)式15):
[0116] …）。
[0117]
[011引 比）。
[0119]
[0。0] m。
[0121] 関 出。
[0123]
[0124] 14).
[0。6]
15).
[0127]綜上，統(tǒng)一S相靜止坐標(biāo)系下線性調(diào)制區(qū)和過(guò)調(diào)制區(qū)求解模型，即得表達(dá)式16):
[012 引
[0129] 步驟E4、根據(jù)步驟E3獲得的T ' a，T ' b，T ' C的值輸出驅(qū)動(dòng)；相橋臂的PWM波。
[0130] 第五步:驅(qū)動(dòng)=相橋臂的PWM波驅(qū)動(dòng)逆變器6產(chǎn)生=相電流控制永磁同步電機(jī)7。
[0131 ]本發(fā)明通過(guò)表達(dá)式11)得到的T ' a，T ' b，T '。為輸出S相Pmi導(dǎo)通時(shí)間，直接輸出PWM 控制電機(jī)，由求解模型可W看出本發(fā)明無(wú)需判斷扇區(qū)，簡(jiǎn)化了模型，總體計(jì)算量大幅減小， 同時(shí)將線性調(diào)制區(qū)和過(guò)調(diào)制區(qū)模型統(tǒng)一，避免了現(xiàn)有過(guò)調(diào)制算法中控制角和保持角的計(jì) 算。
[0132] 定義調(diào)制度為m= |Ur|/(2A*UdE)，Ur為實(shí)際電壓參考基波幅值，U,,,,為逆變器在六 拍階梯波工作狀態(tài)下輸出的相電壓基波幅值。當(dāng)合成電壓矢量滿足
時(shí)
處于線性調(diào)制區(qū)，其牛 可計(jì)算得此時(shí)調(diào)制度0<m< = 0.9069。合成電壓矢量 G 沒(méi)有超過(guò)正六邊形區(qū)域，max(Ta，Tb，Tc)《Ts始終成立，可由表達(dá)式16)求出1''3，1''6，1''。。當(dāng) 合成電壓矢量滿足
時(shí)處于過(guò)調(diào)制一區(qū)，u'ref軌跡如圖7中黑實(shí)線 所示:超出正六邊形區(qū)域的部分縮小至正六邊形上，未超出正六邊形區(qū)域的部分不變。當(dāng)合 成電壓矢量Uref = Ua時(shí)，實(shí)際參考電壓矢量u'ref軌跡正好沿著正六邊形邊界。根據(jù)傅里葉變 換可W求出合成電壓基波幅值M Ur M =0.6059Udc，此時(shí)調(diào)制比m=0.9517。故過(guò)調(diào)制一區(qū)調(diào) 制比0.9096<m< = 0.9517,可直接由表達(dá)式16)求解。
[0133] 當(dāng)合成電壓矢量滿足MUrefM>MUa||時(shí)處于過(guò)調(diào)制二區(qū)，Uref軌跡與正六邊形無(wú) 交點(diǎn)，圖8中粗虛線為實(shí)際合成電壓矢量U'ref軌跡，由表達(dá)式11)計(jì)算出的T'施出[0，Ts]范 圍時(shí)取邊界值，此時(shí)U ' ref軌跡位于正六邊形頂點(diǎn)。I I Uref M越大，T ' b超出[0，Ts ]范圍時(shí)間越 多，ITref軌跡在正六邊形頂點(diǎn)滯留時(shí)間越長(zhǎng)，沿邊界運(yùn)動(dòng)的時(shí)間比例越小。當(dāng)U'ref足夠大 時(shí)，T'b -直超出[0，Ts]，U'ref軌跡僅在六個(gè)頂點(diǎn)間跳動(dòng)，由傅里葉變換計(jì)算可得合成電壓基 波幅值
，此時(shí)調(diào)制度m=l。
[0134] 為了驗(yàn)證本發(fā)明的有效性，在純電動(dòng)汽車20KW永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)上驗(yàn)證了本 發(fā)明。本實(shí)驗(yàn)使用的永磁同步電機(jī)參數(shù):額定功率20KW，峰值功率40KW，額定轉(zhuǎn)速2000rpm， 峰值轉(zhuǎn)速SOOOrpm，額定電壓226V，峰值轉(zhuǎn)矩200侃1?？刂葡到y(tǒng)主控制單元使用TI公司 TMS320F28335，開關(guān)頻率采用化，輸出頻率控制為50化，調(diào)制度m Wo. OOl為步長(zhǎng)，從0.9增加 至1。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別采用雙模式在線過(guò)調(diào)制算法，雙模式離線過(guò)調(diào)制算法，單模式過(guò)調(diào)制 算法和本發(fā)明過(guò)調(diào)制算法。記錄一個(gè)周期內(nèi)程序運(yùn)行時(shí)間，并選取過(guò)調(diào)制一區(qū)點(diǎn)m = 0.920、 過(guò)調(diào)制一區(qū)和二區(qū)分界點(diǎn)m = 0.952、過(guò)調(diào)制二區(qū)點(diǎn)m = 0.980分析總諧波崎變率THD記錄下 表中，總諧波崎變率定義為
|:U為逆變器輸出電壓有效值，化為基波電 壓有效值，詳見表1:
[0135] 表1現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的效果比較表
[0136]
[0137] 從表1中的數(shù)據(jù)可W看出本發(fā)明算法不僅縮短了一個(gè)計(jì)算周期內(nèi)算法執(zhí)行時(shí)間， 而且在過(guò)調(diào)制區(qū)不同調(diào)制度m下總諧波崎變率T皿都優(yōu)于其他過(guò)調(diào)制算法。
[0138] 綜上所述，本發(fā)明將一種全新的過(guò)調(diào)制算法應(yīng)用于純電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)控 制系統(tǒng)中，從一個(gè)新角度實(shí)現(xiàn)過(guò)調(diào)制，統(tǒng)一了線性調(diào)制區(qū)和過(guò)調(diào)制區(qū)計(jì)算，不需要計(jì)算過(guò)調(diào) 制算法中控制角和保持角，大大簡(jiǎn)化了算法，縮短了一個(gè)周期內(nèi)算法執(zhí)行時(shí)間。而且在過(guò)調(diào) 制區(qū)總諧波崎變率T皿明顯減小。
[0139] 本發(fā)明設(shè)及的參數(shù)及其中文含義統(tǒng)計(jì)表如表2所示：
[0140] 表2本發(fā)明被及的參數(shù)及其中文含義統(tǒng)計(jì)表
[0141]
[0142]
[0143] W上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可W有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括ΜΤΡΑ和弱磁算法模塊（1)、PA服變 換和CLA服變換模塊(2)、電流PI控制部件(3)、IPA服變換和ICLA服變換模塊(4)、Ξ相靜止 坐標(biāo)系SVPWM過(guò)調(diào)制模塊(5) W及逆變器(6); 所述電流PI控制部件(3)包括直軸電流PI控制器(31) W及交軸電流PI控制器(32); 所述MTPA和弱磁算法模塊（1)同時(shí)與所述直軸電流PI控制器(31)和所述交軸電流PI控 制器(32)連接； 所述直軸電流PI控制器（31)和所述交軸電流PI控制器（32)均與所述IPARK變換和 ICLARK變換模塊(4)連接； 所述Ξ相靜止坐標(biāo)系過(guò)調(diào)制SVP歷模塊（5)分別與所述IPA服變換和I化ARK變換模塊 (4)和所述逆變器(6)連接； 所述逆變器(6)與永磁同步電機(jī)連接； 所述PA服變換和CLA服變換模塊(2)同時(shí)與直軸電流PI控制器(31)、交軸電流PI控制器 (32) W及永磁同步電機(jī)Ξ者連接。2. -種采用如權(quán)利要求1所述永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括 W下步驟： 第一步、MTPA和弱磁算法模塊（1)根據(jù)轉(zhuǎn)矩給定值計(jì)算得到直軸電流給定值和交軸電 流給定值輸出給電流PI控制部件(3); PARK變換和CLA服變換模塊（2)將永磁同步電機(jī)實(shí)際的A相電流和B相電流從Ξ相靜止 坐標(biāo)系變換到與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系，得到直軸電流實(shí)際值和交軸電流實(shí)際值輸出 給電流PI控制部件(3); 第二步、電流PI控制部件(3)中的直軸電流PI控制器(31)根據(jù)給直軸電流給定值和直 軸電流實(shí)際值的偏差做PI運(yùn)算得到直軸參考電壓輸出給所述IPA服變換和ICLA服變換模塊 (4);電流PI控制部件(3)中的交軸電流PI控制器(32)根據(jù)給交軸電流給定值和交軸電流實(shí) 際值的偏差做PI運(yùn)算得到交軸參考電壓輸出給所述IPARK變換和ICLARK變換模塊(4); 第Ξ步、IPA服變換和I化A服變換模塊(4)將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系內(nèi)的直軸參考電壓和交軸參考 電壓變換到Ξ相靜止坐標(biāo)系內(nèi)，得到A相參考電壓、B相參考電壓和C相參考電壓輸出給Ξ相 靜止坐標(biāo)系過(guò)調(diào)制SVPWM模塊(5); 第四步、Ξ相靜止坐標(biāo)系過(guò)調(diào)制SVPWM模塊(5)根據(jù)Ξ相靜止坐標(biāo)系內(nèi)的A相參考電壓、 B相參考電壓和C相參考電壓計(jì)算得到驅(qū)動(dòng)Ξ相橋臂的PWM波； 第五步:驅(qū)動(dòng)Ξ相橋臂的PWM波驅(qū)動(dòng)逆變器(6)產(chǎn)生Ξ相電流控制永磁同步電機(jī)(7)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第四步中Ξ相靜止坐標(biāo)系過(guò)調(diào)制 SVP麗模塊(5)根據(jù)Ξ相靜止坐標(biāo)系內(nèi)的A相參考電壓、B相參考電壓和討目參考電壓計(jì)算得 到驅(qū)動(dòng)Ξ相橋臂的PWM波的具體過(guò)程是： 步驟E1、獲得表達(dá)式4)和表達(dá)式5)，得至IjTA和Tb的值：其中，了5為；相靜止坐標(biāo)下電壓矢量Uref的作用時(shí)間；0為；相靜止坐標(biāo)下電壓矢量Uref 與電壓矢量Ua之間的夾角;Udc為母線電壓； 步驟E2、根據(jù)表達(dá)式4)和表達(dá)式5) W及令Ta=Ta-Tc和Tb = Tb-Tc，得到表達(dá)式6)，將步驟 E1中得到的Τα和Tb的值代入表達(dá)式6)獲得Ta、Tb、Tc的值：其中，Ta、化、Tc為并行關(guān)系的作用時(shí)間，且Ξ者均位于0-Ts之間； 步驟E3、將步驟E2所得Ta、Tb、Tc的值代入表達(dá)式16)，求出T ' a，T ' b，T ' C的值：其中:1" a，Τ\，1"。為Ξ相橋臂的作用時(shí)間； 步驟Ε4、根據(jù)步驟Ε3獲得的Τ ' a，Τ ' b，Τ ' C的值輸出驅(qū)動(dòng)；相橋臂的PWM波。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述步驟E1中獲取表達(dá)式4)和表達(dá)式 5)的具體步驟是： 電壓矢量Uref在Ξ相靜止坐標(biāo)下分解成Ξ相電壓矢量Ua、Ub、化，Ξ者之間相互形成120° 的夾角； 根據(jù)伏秒平衡原則得到表達(dá)式1): TsUref = TaUa+T 扣 b+TcUc 1); 其中，Ts為調(diào)制周期，Ta、Tb、Tc為并行時(shí)間； 根據(jù)電機(jī)Ξ相電壓存在的關(guān)系化= -Ua-UbW及表達(dá)式1)獲得表達(dá)式2): LUref = ( Ta-Tc ) Ua+ ( Tb-Tc )化 2 ); 定義Ta=Ta-Tc W及Tb = Tb-Tc，表達(dá)式2)變?yōu)楸磉_(dá)式3): TsUref = TAUa+TB 化 3); 由于Uref的作用時(shí)間為Ts，貝柯得到表達(dá)式4)和表達(dá)式5):其中，了5為立相靜止坐標(biāo)下電壓矢量Uref的作用時(shí)間；0為立相靜止坐標(biāo)下電壓矢量Uref 與電壓矢量化之間的夾角;Udc為直流母線電壓。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述步驟E2獲得表達(dá)式6)的具體方法 是:采用 5 段式 SVPWM，有 min(Ta，Tb，Tc)=0; 根據(jù) Ta=L-T。和 Tb = Tb-T。，則有：6 !.6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述步驟E3中獲得表達(dá)式16)的方法 是： 針對(duì)第一扇區(qū)：采用最小誤差過(guò)調(diào)制原理，得到:IJ/ ref = TsUa巧/扣b、T/ a = Ts、T/ C = 0 W及 表達(dá)式7): (UrerU'ref)Ub = 〇 7); 設(shè)TsU ' ref = Τ ' aUa+T ' 扣葉Τ ' cUc，可得表達(dá)式8 ): [(Ta-Ts)Ua+(Tb-T'b)化扣 b = 〇 8); 將表達(dá)8)展開后得表達(dá)式9):9 ):； 定義Tmax=max (Ta，Tb，Tc)，Tmid=mid (Ta，Tb，Tc)，獲得過(guò)調(diào)制區(qū)求解模型的表達(dá)式15 ):15)； 統(tǒng)一Ξ相靜止坐標(biāo)系下線性調(diào)制區(qū)和過(guò)調(diào)制區(qū)求解模型，即得表達(dá)式16):
【文檔編號(hào)】H02P21/22GK105978439SQ201610479253
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月27日
【發(fā)明人】劉竹, 萬(wàn)炳呈, 盛孝雄
【申請(qǐng)人】湖南省耐為數(shù)控技術(shù)有限公司